การออกแบบ PCB และการกัดแยกโดยใช้ซอฟต์แวร์ฟรีเท่านั้น: 19 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงวิธีออกแบบและสร้าง PCB ของคุณเอง โดยใช้ซอฟต์แวร์ฟรีที่ทำงานบน Windows และ Mac เท่านั้น

สิ่งที่คุณต้องการ:

• คอมพิวเตอร์ที่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
• เครื่องกัดซีเอ็นซี / เราเตอร์ยิ่งแม่นยำยิ่งดี
• 45°/20° V-บิต
• ดอกสว่าน 0.8 มม.
• ดอกกัด 3mm
• กระดานหุ้มทองแดง
• เทปกาวสองหน้า

ขั้นตอนที่ 1: รับซอฟต์แวร์

คุณต้องมีซอฟต์แวร์ต่อไปนี้:

• ฟริทซิ่ง
• Inkscape
• Makercam

คลิกที่ลิงค์ ดาวน์โหลดและติดตั้งซอฟต์แวร์บนคอมพิวเตอร์ของคุณ ไม่จำเป็นต้องดาวน์โหลด/ติดตั้ง Makercam เพราะมันทำงานโดยตรงในเบราว์เซอร์ของคุณ

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบใน Fritzing

เริ่ม Fritzing และเริ่มร่างใหม่

ไปที่มุมมองเขียงหั่นขนมโดยคลิกที่แท็บเขียงหั่นขนมที่ด้านบนของหน้าต่าง

ทางด้านขวามือคือไลบรารีส่วนของคุณ เลือกส่วนประกอบที่คุณต้องการในวงจรของคุณ แล้วลากและวางลงในหน้าต่างเขียงหั่นขนม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนต่างๆ มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ เช่น พินเอาต์ ค่า และขนาด คุณสามารถเปลี่ยนตัวแปรเหล่านี้ของส่วนประกอบที่เลือกใน Inspector ที่ด้านล่างขวาของหน้าจอได้

ในตัวอย่างนี้ ฉันกำลังสร้างวงจรที่ใช้ Arduino Nano เพื่อสลับรีเลย์ 12V สำหรับสิ่งนี้ฉันต้องการทรานซิสเตอร์ที่มีตัวต้านทานไปยังฐานรวมถึงไดโอดจับขนานกับคอยล์รีเลย์และขั้วสกรูสองตัว

การเชื่อมต่อ/สายไฟระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ทำได้โดยการคลิกและลากที่ขา/ขาของส่วนประกอบ จุดโค้งในเส้นลวดสามารถทำได้โดยการคลิกและลากเข้าไปในเส้นลวด

ทำการเชื่อมต่อทั้งหมดที่คุณต้องการและจะทำบนเขียงหั่นขนมจริงเพื่อให้วงจรทำงานได้

ขั้นตอนที่ 3: มุมมองแผนผัง

ตอนนี้ไปที่ Schematic View

คุณจะเห็นไดอะแกรมการเดินสายไฟพร้อมส่วนประกอบและการเชื่อมต่อทั้งหมดของคุณ จัดระเบียบสิ่งต่างๆ โดยการลากส่วนประกอบต่างๆ ตามลำดับที่เหมาะสม แล้วคลิกและลากเส้นเชื่อมต่อที่มีเส้นประเพื่อไม่ให้มันตัดกัน

ขั้นตอนที่ 4: มุมมอง PCB

ไปที่มุมมอง PCB

ลากส่วนประกอบของคุณตามลำดับที่เหมาะสม หลักการที่ดีคือการวางส่วนประกอบที่มีหมุดมากที่สุดไว้ตรงกลางและส่วนประกอบอื่นๆ โดยรอบ ลองรับการกระจายแบบกะทัดรัด

ชิ้นส่วนต่างๆ จะล็อกโดยอัตโนมัติกับตารางที่คุณเห็นในพื้นหลัง สำหรับการเปลี่ยนขนาดกริด ไปที่ View -> Set grid size

ขั้นตอนที่ 5: เส้นทางอัตโนมัติ

คลิกที่ Routing -> Autorouter/DRC settings และเลือกประเภทการผลิตที่กำหนดเอง ตอนนี้คุณสามารถตั้งค่าความกว้างของรอยตามความหนาที่ต้องการโดยขึ้นอยู่กับเครื่อง/ดอกเอ็นมิลล์/วงจรของคุณ ฉันใช้ 48mil คลิก "ตกลง"

เลือกสี่เหลี่ยมผืนผ้าสีเทา (บอร์ด PCB) และใน Inspector ให้เปลี่ยนเลเยอร์แบบเลื่อนลงเป็น "หนึ่งเลเยอร์ (ด้านเดียว)"

ตอนนี้ให้กดปุ่ม Autoroute ที่ด้านล่างของหน้าต่างแล้วปล่อยให้คอมพิวเตอร์ทำหน้าที่กำหนดเส้นทาง!

ขั้นตอนที่ 6: การกำหนดเส้นทางเพิ่มเติม

เมื่อการกำหนดเส้นทางอัตโนมัติเสร็จสิ้น ให้จัดระเบียบร่องรอยโดยคลิกและลากจุดโค้งของพวกมัน คลิกขวาที่จุดโค้งและเลือกลบจุดโค้งเพื่อถอดออก

บางครั้งมีการเชื่อมต่อที่เราเตอร์อัตโนมัติไม่สามารถกำหนดเส้นทางได้ คุณต้องกำหนดเส้นทางด้วยตนเองโดยคลิกและลากเส้นเชื่อมต่อที่มีเส้นประ ใช้จัมเปอร์จากไลบรารีชิ้นส่วนเพื่อกระโดดข้ามรอยทางที่คุณจะตัดกัน

คุณยังสามารถเพิ่มข้อความ/โลโก้ที่จะแสดงในหน้ากากทองแดงได้ด้วยการลาก "รูปภาพซิลค์สกรีน" หรือ "ข้อความซิลค์สกรีน" จากไลบรารีไปยังบอร์ดของคุณ เลือกโลโก้ของคุณและใน Inspector ใต้ Placement - เมนูแบบเลื่อนลงเลเยอร์ pcb เลือก "copper bottom" คุณสามารถโหลดไฟล์.svg ของคุณเองได้โดยคลิกที่ "โหลดไฟล์รูปภาพ" ในตัวตรวจสอบ

ขั้นตอนที่ 7: ตรวจสอบวงจรของคุณ

หากคุณคิดว่าคุณพร้อมที่จะกำหนดเส้นทางแล้ว ให้คลิกที่ Routing -> Design Rules Check สำหรับการตรวจสอบการสร้างของคุณโดยอัตโนมัติสำหรับการเชื่อมต่อที่ไม่ได้รับ / การทับซ้อนกันหรือการติดตามการตัดกัน

พยายามขจัดข้อผิดพลาดทั้งหมดและทำซ้ำ DRC จนกว่าจะไม่มีปัญหาอีกต่อไป ออกแบบเสร็จแล้ว!

ส่งออก PCB ของคุณเป็นไฟล์.svg โดยคลิกที่ "ส่งออกสำหรับ PCB" ที่ด้านล่าง คลิกที่ลูกศรเล็ก ๆ บนปุ่มส่งออก และเลือก "Etchable (SVG)"

คุณจะได้รับไฟล์ svg จำนวนมากที่ส่งออกในไดเร็กทอรีที่คุณเลือก แต่เราจะใช้เพียงสองรายการเท่านั้น:

• *ชื่อไฟล์ของคุณ*_etch_copper_bottom_mirror.svg
• *ชื่อไฟล์ของคุณ*_etch_mask_bottom_mirror.svg

ไฟล์อื่น ๆ ทั้งหมดสามารถลบได้

ขั้นตอนที่ 8: Inkscape

เปิด *ชื่อไฟล์*_etch_copper_bottom_mirror.svg ใน Inkscape เลือกทุกอย่างแล้วกด ctrl+shift+g ซ้ำๆ จนกว่าทุกอย่างจะไม่ได้จัดกลุ่ม

เลือกมุมมอง -> โหมดการแสดงผล -> เค้าร่าง ตอนนี้คุณจะเห็นเฉพาะเวกเตอร์ที่ไม่มีการเติมหรือขีด

เลือกร่องรอยทั้งหมดแล้วไปที่เส้นทาง -> ลากไปยังเส้นทาง

เลือกร่องรอยทั้งหมดแล้วไปที่เส้นทาง -> ยูเนี่ยน

บันทึก.

ไฟล์พร้อมสำหรับ CAM แล้ว!

.svg อื่น ๆ ที่เราส่งออกจาก fritzing ไม่จำเป็นต้องดำเนินการใน Inkscape

ขั้นตอนที่ 9: Makercam

เปิดเบราว์เซอร์ของคุณและไปที่ makercam.com

ไปที่ แก้ไข -> แก้ไขการตั้งค่า และเปลี่ยนความละเอียดเริ่มต้นของการนำเข้า SVG เป็น 90 ppi

ไปที่ไฟล์ -> เปิดไฟล์ SVG ไปที่ไดเร็กทอรีของคุณและเลือกไฟล์ "*yourfilename*_etch_copper_bottom_mirror.svg"

ขั้นตอนที่ 10: การกัดแบบแยกส่วน

เลือกร่องรอยทั้งหมดของคุณ (แต่ไม่ใช่วงในของหมุด) และไปที่ CAM -> การทำงานของโปรไฟล์

หาก CNC ของคุณเป็นแบบ GRBL คุณอาจต้องการทำ CAM ทั้งหมดใน makercam ในหน่วยอิมพีเรียล (ดูที่นี่สำหรับการอ้างอิงเพิ่มเติม) ดังนั้นคุณต้องแปลงมิลลิเมตรทั้งหมดเป็นนิ้วก่อนพิมพ์

หากคุณกำลังใช้ V-Bit 45° ที่มีปลาย 0.2 มม. สำหรับกระบวนการกัดแยกและเจาะวัสดุ 0.25 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพที่พื้นผิวของแผ่นหุ้มทองแดงของคุณคือ 0.39 มม. นี่แปลงเป็น 0, 015354331 นิ้ว เย้!

ดังที่กล่าวไว้ เราต้องการความลึกของกระดาน 0.25 มม. ดังนั้นเราจึงพิมพ์ -0.0098425197 นิ้วเป็นความลึกเป้าหมายของเรา ค่าสเต็ปดาวน์ควรมากกว่านั้น เพื่อให้คัตเตอร์ผ่านได้ในครั้งเดียว

ฉันพบว่าอัตราป้อน 150 มม./นาที และอัตราการกระโดด 50 มม./นาทีทำงานได้ดีบนเครื่องของฉัน

คลิกตกลง

ขั้นตอนที่ 11: โลโก้

เลือกโลโก้/ข้อความและไปที่ CAM -> ติดตามการดำเนินการเส้นทาง

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมในโลโก้ ฉันใช้ V-Bit 20° 0.2 มม. เนื่องจากการดำเนินการนี้ ศูนย์กลางของหัวกัดของคุณจะไปตามเส้นทาง (ตรงข้ามกับการทำงานของโปรไฟล์ที่ "คมตัด" ของหัวกัดไปตามเส้นทาง) ไม่สำคัญว่าคุณจะพิมพ์อะไรสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องมือ

ความลึกเป้าหมายคือเวลานี้ -0.2 มม. (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม)

ค่าอื่นๆ ทั้งหมดจะเหมือนกันกับการกัดแบบแยกส่วน

คลิกตกลง

ขั้นตอนที่ 12: Contour Pass

ตอนนี้เราต้องการตัด PCB ของเราออกจากบอร์ดหุ้มทองแดงในสต็อก

เลือกรูปร่างภายนอกและพิมพ์ค่าที่ต้องการ

ฉันใช้ดอกสว่าน 4 ฟันขนาด 3 มม. โดยมีอัตราป้อนประมาณ 400 มม./นาที และการกระโดดที่ 50 มม./นาที ขั้นตอนลง 0.4 มม.

คลิกตกลง

ไปที่ CAM -> คำนวณทั้งหมด

ไปที่ CAM -> ส่งออก gcode

ส่งออกทุกการดำเนินการในไฟล์เดียว เนื่องจากทุกการดำเนินการต้องการเครื่องมืออื่น วิธีที่ดีที่สุดคือตั้งชื่อไฟล์ตามหลังเครื่องมือ

ขั้นตอนที่ 13: การเจาะ

โหลดหน้าซ้ำเพื่อเริ่มต้น "โครงการใหม่"

เปิดไฟล์ "*yourfilename*_etch_mask_bottom_mirror.svg" อย่าลืมเปลี่ยน SVG-scaling เป็น 90ppi ก่อนทำ!

เลือกหลุมทั้งหมด

ไปที่ CAM -> การดำเนินการเจาะ

ฉันใช้ดอกสว่าน 0.8 มม. กระดานของฉันหนา 1.5 มม. ดังนั้นสำหรับรูที่สะอาด ฉันจึงใช้ความลึกเป้าหมาย -2 มม. ระยะเจาะควรมากกว่าค่านี้เพื่อให้ดอกสว่านเจาะทะลุในรอบเดียว ฉันใช้อัตราการกระโดดประมาณ 50 มม./นาที

คลิกตกลงและหลุมทั้งหมดจะถูกตรวจพบโดยอัตโนมัติ

ไปที่ CAM -> คำนวณทั้งหมด

ส่งออก gcode ของคุณ

ขั้นตอนที่ 14: การเตรียมเครื่อง

ใช้เทปกาวสองหน้าติดแผ่นทองแดงที่หุ้มบอร์ดกับสปอยบอร์ดของเครื่องของคุณ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนนี้ของสปอยบอร์ดอยู่ในแนวราบอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถปรับระดับด้วยการกัดกระเป๋า (ต้องลึกเพียง 0.5 มม.) เข้าไป

หรือใช้เครื่องปรับระดับอัตโนมัติ สำหรับผู้ใช้ GRBL สามารถทำได้โดยใช้พริก

ขั้นตอนที่ 15: เริ่มการกัด…

โหลด 45° V-Bit

ตำแหน่งศูนย์ของไฟล์ gcode อยู่ที่มุมล่างซ้ายและด้านบนของพื้นผิวสต็อก

ดังนั้นให้นำทางเครื่องของคุณใกล้กับมุมล่างซ้ายของสต็อก และลดแกนหมุนลง เพื่อให้ปลายของดอกสว่านแทบจะไม่แตะพื้นผิว ตั้งค่านี้เป็นตำแหน่งศูนย์ของคุณ และเริ่มการกัดแบบแยกส่วน

ขั้นตอนที่ 16: …เจาะ…

เปลี่ยนเครื่องมือเป็นดอกสว่าน 0.8 มม. และตั้งค่าศูนย์ Z ใหม่ของคุณเมื่อปลายสัมผัสกับพื้นผิว เริ่มเจาะรู.

ขั้นตอนที่ 17: …แกะสลัก

เปลี่ยนเครื่องมือเป็น 20° V-Bit และเริ่มดำเนินการตามเส้นทางสำหรับการแกะสลักโลโก้/ข้อความ

ขั้นตอนที่ 18: ตัดออก

ขั้นตอนสุดท้ายคือการตัด PCB ออกจากวัสดุสต็อค

ใช้ดอกกัด 3 มม. และการทำงานของโปรไฟล์ที่สองเพื่อดำเนินการดังกล่าว

ขั้นตอนที่ 19: สำเร็จ

ไปกับ PCB แบบโฮมเมดใหม่ของคุณ!

หากคุณรวดเร็ว (และการออกแบบของคุณไม่ซับซ้อนเกินไป) คุณสามารถสร้างจากไอเดียสู่ผลิตภัณฑ์ได้ภายใน 1 ชั่วโมง

ฉันหวังว่าบทช่วยสอนนี้จะช่วยคุณในโครงการของคุณ และถ้าคุณต้องการ คุณสามารถลงคะแนนให้ฉันที่ด้านบนของหน้านี้หรือที่นี่ ขอขอบคุณ!

รางวัลรองชนะเลิศ สาขาการออกแบบ